了解3D渲染 揭开shader神秘面纱
首页 > 移动开发 > Unity    作者:StanWind   2016年10月10日 23:11 星期一   热度:890°   百度已收录  
时间:2016-10-10 23:11   热度:890° 

基础知识

Float           32位高精度浮点数

Half             16位中精度浮点数

Fixed           11位低精度浮点数

渲染过程

1.     对在三维世界坐标3D模型投影到以摄像机为坐标中心的二维坐标

2.     图元的装配(光栅化、格栅化)

3.     插值填充颜色

步骤一:投影

           一个3D模型想要显示在二维平面上 首先进行的过程就是投影。投影的过程是将模型的世界坐标转成二维的屏幕坐标。这一过程分三个步骤----MVP。这些变换都属于矩阵计算,能够做到旋转、缩放、位移。这一过程在shader中叫VertexShader(顶点处理)

例如如下缩放位移矩阵:

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MMatrix  在世界坐标中的矩阵变换

例如我们在unity中创建一个cube

 

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我们从正面看到的 能确定的八个顶点进行投影计算

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用上说的矩阵来存储这个cube的每个顶点的数据

V:坐标归一化 使得模型顶点坐标以摄像机的坐标轴

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如图要变换的八个顶点

我们需要通过计算 将这些点转换为摄像机拍到的平面的二维坐标

P:视锥挤压 使得模型达到透视投影(空间上同样大小的事情,越远离投影面越小)的效果

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例如我们在unity中创建一个cube

不管这个cube的世界坐标如何 最后都要渲染在二维屏幕上

所以我们对cube的八个顶点进行投影的坐标变换

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首先我们能确定摄像机看到的视角 然后对这个物体做透视投影

从侧面看 在y轴上进行一个压缩

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从摄像机正面看 z轴被压缩

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这个压缩后的值范围在[0,1] 而不是压成0

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这样做的目的是为了从摄像机的角度看过去有远近效果

就能体现出3D场景的样子 例如:景深效果

 

顶点处理公式

Pos(proj) = MVPxPos(3D)

M V P是三个不同的矩阵

 

Shader代码:

float4 vert(float4 v:POSITION):SV_POSITION{

           return mul(UNITY_MATRIX_MVP,v);

}

 

 

 

 

 

步骤二:图元装配(格栅化)

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例如一个正方形图片 有4个顶点

我们对其渲染前需要把这张sprite分出一个一个像素点

而格栅化的最小单元需要3个顶点 也就构成了一个三角形

像这样我们可以把一张巨大的图转换成bitpic去进行渲染每个小图形

所以细分的程度决定了锯齿明显程度

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步骤三:颜色插值采样

           根据贴图来对模型进行一个颜色的插值取样,也就是给现有的像素点进行上色,这一过程在shader中叫PixelShader

根据uv贴图和mesh 来进行一个插值取样渲染,uv的坐标精度越低,图像连续采样就可能出现重复,这样就可能造成马赛克的效果了。

差值计算方法:

Fixed4 frag(v2f IN):SV_Target{

           采样                      贴图           UV

           Half4 color = tex2D(_MainTex,IN.texcoord);

           Return color;

}

相关

1.DirectX9前是固定渲染管线,VertexShader代码几乎是不可更改的,这也就导致了模型变换的阻碍。

2.当然没有VS也能做UI,不过这样就需要在摄像机拍摄的二维平面上直接参与了。

3.为什么不能实时取模型的定点坐标?

因为这一过程都是交给GPU去处理的。

那为什么要交给GPU去处理呢?

这是因为点的渲染过程都是并行的,相对于CPU的几个coreGPU的并行能力可谓强大,例如GTX 1080 1920CUDA core,而且cpu计算再uploadGPU上的代价相比十分的大。

举个例子:

GPU显存中会存储顶点数据、索引数据、贴图、shader代码参数等,RAM当然也能存储这些。

那么一张1024x1024的图

顶点数据大小:1024*3*4 byte = 12k

索引数据大小:1022*3*2 byte = 5k

贴图数据大小:1024*1024*4 byte = 4M

代码和参数大小:几K

 

这是一张图的传输,如果是整个场景,那么uploadGPU的代价是巨大的。

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本文作者:StanWind      文章标题: 了解3D渲染 揭开shader神秘面纱
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